CN103292681B

CN103292681B - 数字式位移测量器

Info

Publication number: CN103292681B
Application number: CN201310061321.8A
Authority: CN
Inventors: 辻本康裕; 林田秀二
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2012-02-27
Filing date: 2013-02-27
Publication date: 2016-10-05
Anticipated expiration: 2033-02-27
Also published as: US20130226507A1; US9404724B2; JP2013174554A; CN103292681A; EP2631591A1; EP2631591B1; JP5851882B2

Abstract

本发明提供一种数字式位移测量器，具备主体、主轴、编码器(40)以及显示部(60)，还具备：速度信息检测单元(71)，其检测主轴的移动速度；判断单元(72)，其根据由该速度信息检测单元(71)检测出的移动速度来判断主轴是否停止，并且以判断出主轴停止这一情况为条件，判断主轴即将停止时的移动速度是否超过预先设定的阈值；以及通知单元(73)，其通知该判断单元(72)的判断结果。

Description

数字式位移测量器

技术领域

本发明涉及一种根据主轴的位移量来测量被测量物的尺寸等的数字式位移测量器。

背景技术

作为数字式位移测量器之一，已知一种使用了进给丝杠的数字式测微仪。

数字式测微仪包括：主体；主轴，其与该主体螺合，在轴向上移动；编码器，其检测该主轴的移动位移量；以及显示部，其对由该编码器检测出的主轴的位移量进行数字显示。

以往，在数字式测微仪中，采用固定管理测量力的方法来作为减小测量值的偏差的方法。

例如，已知以下测微仪等：在主轴的外端可旋转地设置操作套筒，并且在主轴与操作套筒之间设置恒压机构(棘轮机构等)，如果对主轴施加固定以上的负载，则恒压机构进行动作而操作套筒空转，由此固定管理测量压力(参照文献1：日本特开2001-141402号公报)。

然而，在上述测微仪中，即使为了固定管理测量力而采用恒压机构，由于主轴与被测量物抵接时的移动速度而测量结果产生偏差。这是由于，在具有主轴与主体螺合的结构的情况下，由于楔效应而容易产生陷入，特别是，由于主轴与被测量物抵接时的移动速度的不同而陷入量不同，因此测量结果产生偏差。

近年来，由于高效率化的要求而采用增大主轴的螺纹部螺纹间距的结构，但是当设为这种结构时，主轴的移动速度变得高速，更容易产生测量结果产生偏差这种问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种能够降低由主轴与被测量物抵接时的主轴的移动速度造成的测量结果的偏差的数字式位移测量器。

本发明的数字式位移测量器具备：主体；主轴，其与该主体螺合，在轴向上移动；编码器，其检测该主轴的移动位移量；以及显示部，其显示由该编码器检测出的上述主轴的位移量，该数字式位移测量器的特征在于，还具备：速度信息检测单元，其检测上述主轴的移动速度；判断单元，其根据由该速度信息检测单元检测出的移动速度来判断上述主轴是否停止，并且以判断出上述主轴停止这一情况为条件来判断上述主轴即将停止时的移动速度是否超过预先设定的阈值；以及通知单元，其通知该判断单元的判断结果。

根据这种结构，在进行测量时，使主轴旋转时，随着主轴的旋转，主轴在轴向上移动。于是，由于由编码器检测出主轴的移动位移量，因此能够根据该主轴的位移量来测量被测量物的尺寸等。

在进行该测量时，在本发明中，在由速度信息检测单元检测出主轴的移动速度之后，在判断单元中，根据检测出的移动速度来判断主轴是否停止。在此，当判断为主轴停止时，判断出主轴即将停止时的移动速度(判断出停止时的两个采样时刻前的移动速度)是否超过预先设定的阈值，通过通知单元通知其判断结果。例如，通知主轴即将停止时的移动速度超过预先设定的阈值、主轴即将停止时的移动速度没有超过预先设定的阈值。

因而，测量者能够通过该通知来确认以主轴即将停止时的移动速度超过预先设定的阈值的高速与被测量物抵接、或者以主轴即将停止时的移动速度为预先设定的阈值以内的适当的速度与被测量物抵接。因此，在以主轴即将停止时的移动速度超过预先设定的阈值的高速与被测量物抵接的情况下，能够再次重新测量。因而，能够降低由主轴与被测量物抵接时的移动速度造成的测量结果的偏差。当然，由测量者造成的偏差也能够降低。

在本发明的数字式位移测量器中，优选的是上述速度信息检测单元根据由上述编码器检测出的上述主轴的位移量来求出上述主轴的移动速度。

根据这种结构，每隔规定时间对由编码器检测出的主轴的位移量进行采样，由此能够算出主轴的移动速度。也就是说，利用设置于数字式位移测量器的对主轴的位移量进行检测的编码器，能够检测主轴的移动速度。因而，即使不附加新的速度检测单元也能够构成，因此能够经济地构成。

在本发明的数字式位移测量器中，优选的是上述速度信息检测单元根据上述主轴的移动速度来求出上述主轴即将停止时的加速度，上述判断单元在由上述速度信息检测单元检测出的移动速度为0且上述加速度不是0时判断为上述主轴停止。

根据这种结构，在判断单元中，不仅采纳由速度信息检测单元检测出的主轴即将停止时的移动速度，还采纳主轴即将停止时的加速度(判断出停止时的1个采样时刻前的加速度)来判断主轴的停止，因此能够准确地判断主轴移动的状态至停止的状态。

在本发明的数字式位移测量器中，优选的是上述通知单元在上述主轴即将停止时的移动速度超过预先设定的阈值时或者上述主轴即将停止时的加速度超过预先设定的阈值时进行警告通知。

根据这种结构，使得通知单元在主轴即将停止时的移动速度超过预先设定的阈值时或者主轴即将停止时的加速度超过预先设定的阈值时进行警告通知，因此例如在显示部中显示错误消息，或者使蜂鸣器鸣响，或者使灯点亮或者闪烁，因此测量者能够立即确认主轴的移动速度、加速度为超过预先设定的阈值的值地与被测量物抵接。

附图说明

图1是本实施方式的数字式测微仪的主视图。

图2是本实施方式的局部截面图。

图3是本实施方式的控制框图。

图4是表示在本实施方式中主轴停止前后的位置检测值的图。

图5是表示在本实施方式中运算控制部的处理的流程图。

具体实施方式

下面，根据附图说明本发明的实施方式。

此外，在本实施方式中作为数字式位移测量器而例示数字式测微仪，但是本发明并不限定于数字式测微仪。

<数字式测微仪的结构>

图1是本实施方式的数字式测微仪的主视图。图2是数字式测微仪的局部截面图。

在图1和图2中，数字式测微仪1具备：大致U字形的主体10；主轴2，其与该主体10螺合，在轴向上移动；编码器40，其在主体10的内部检测主轴2的移动位移量；以及显示部60，其显示由该编码器40检测出的主轴2的位移量(位置检测值)。

在主体10的一端固定有砧座10A，另一端设置有滑动自由地支承主轴2的轴承筒11。轴承筒11形成为大致圆筒形状，在该轴承筒11内周穿通、支承主轴2。另外，在主体10中，与轴承筒11同轴地设置有大致圆筒形状的内筒13，通过对设置于该内筒13外周的测微套筒3进行旋转操作，能够使主轴2相对于砧座10A前进、后退。

主轴2具备配置于同一直线上的主轴主体21、螺纹轴22以及在主轴主体21的外周面轴向上形成的截面V形的键槽23。

沿着主轴2的轴向设置的内筒13的一端部保持于主体10。在另一端部内周面形成有内螺纹，主轴2的螺纹轴22螺合于该内螺纹。另外，在内筒13的另一端部外周面形成有外螺纹，锥形螺母14螺合于该外螺纹部分。在内筒13的刻有外螺纹的规定部位处在轴向上形成三个狭缝，形成了三个分割部15。也就是说，当使锥形螺母14旋转而在内筒13的轴向上前进、后退时，三个分割部15的紧固状况发生变化，因此能够调整主轴2与内筒13的嵌合程度。

在内筒13的外周固定有外筒17，覆盖该外筒17的外周的筒状的测微套筒3通过支承轴32和凸缘部37与主轴2的外端(与砧座10A相反一侧端)相结合。

在从测微套筒3的外周至主轴2的外端设置有操作套筒4。操作套筒4设置成能够相对于主轴2旋转，具有配置于主轴2的外端部并直径小于外筒17的直径的第一操作部4A以及嵌合于第一操作部4A并嵌合于外筒17的外周的第二操作部4B。

在操作套筒4的第一操作部4A与主轴2的外端之间设置有恒压机构30，该恒压机构30在对主轴2施加固定以上的负载时空转。此外，恒压机构30也可以设置于操作套筒4的第二操作部4B与外筒17的外周之间。

恒压机构30具备：支承轴32，其一端螺合于主轴2的外端并且另一端通过螺栓31可旋转地支承操作套筒4；第一棘轮33，其固定于第一操作部4A的内周；第二棘轮35，其设置成与该第一棘轮33啮合，并且无法通过键34相对于支承轴32旋转且能够在轴向上位移；压缩线圈弹簧36，其使该第二棘轮35向第一棘轮33施力；以及凸缘部37，其支承该压缩线圈弹簧36的一端，固定于支承轴32。

当使操作套筒4旋转时，固定于第一操作部4A的第一棘轮33一体地旋转。第一棘轮33与第二棘轮35相啮合，因此第二棘轮35也旋转。当第二棘轮35旋转时，通过键34而支承轴32旋转，支承轴32所螺合的主轴2以及与该主轴2一体地结合的测微套筒3也与操作套筒4一起旋转。

另一方面，在对主轴2施加固定以上的负载的状态下，当使操作套筒4进一步旋转而使第一棘轮33旋转时，第二棘轮35处于难以旋转的状态，因此抵抗压缩线圈弹簧36而沿着键34退避到压缩线圈弹簧36侧。也就是说，第一棘轮33的旋转力不会传递到第二棘轮35，操作套筒4空转而维持恒压状态。

编码器40是电磁感应式编码器，具有在主轴2的周方向上旋转的转子41以及与该转子41隔着规定间隔相对并固定于主体10的定子42。

转子41形成为大致环形板状，在该定子42侧的表面具有未图示的线圈的电极图案。转子41的与定子42相反一侧的表面与作为转子保持部件的转子衬套44卡合。转子衬套44具有能够与主轴2的键槽23卡合的卡合键43。在相对于转子衬套44而与定子42相反一侧的位置上，位置调节螺栓51与轴承筒11的内周面螺合，其中，该位置调节螺栓51限制转子衬套44沿着主轴2的轴向向与定子42相反的方向移动。

定子42具有大致环形板形状的定子环状部和板状的定子长度部，该定子环状部设置于主轴2的外周部，具有电极图案，该电极图案由与转子41的电极图案电磁耦合来检测转子41的旋转角的发送线圈和接收线圈构成，该定子长度部设置于该定子环状部的外周，向主体10的内部侧延伸。定子环状部的与转子41相反一侧的面保持于定子衬套45，定子衬套45固定于内筒13(主体10)。也就是说，定子42在主轴2附近通过定子衬套45在主轴2的轴向上位置不变地固定于内筒13(主体10)。

图3示出对来自编码器40的信号进行处理并显示在显示部60中的运算控制部70。

运算控制部70构成为包括：速度信息检测单元71，其每隔固定时间t取入由编码器40检测出的主轴2的位置检测值，求出主轴2的移动速度和加速度；判断单元72，其根据由该速度信息检测单元71检测出的主轴2的移动速度和加速度来判断主轴2是否停止，并且以判断出主轴2停止这一情况为条件来判断主轴2即将停止时的移动速度和主轴2即将停止时的加速度是否超过预先设定的阈值；以及通知单元73，其通知该判断单元72的判断结果。

在本实施方式中，在主轴2即将停止时的移动速度或者主轴2即将停止时的加速度超过预先设定的阈值时，通知单元73在显示部60中进行警告通知处理、具体地说显示错误消息。

<数字式测微仪的使用方法和效果>

在进行测量时，对测微套筒3进行旋转操作。于是，主轴2相对于砧座10A前进、后退，因此使主轴2的端面和砧座10A与被测量物的被测量部位之间抵接。此时，主轴2的旋转通过键槽23、卡合键43以及转子衬套44传递到转子41。由编码器40检测出的转子41的旋转角变换为主轴2的轴向的位移量并显示在显示部60中。

此外，在使主轴2的端面和砧座10A与被测量物的被测量部位之间抵接的状态下，即使使操作套筒4旋转，第二棘轮35也处于难以旋转的状态，因此抵抗压缩线圈弹簧36沿着键34向压缩线圈弹簧36侧退避，因此第一棘轮33的旋转力不会传递到第二棘轮35，操作套筒4空转，从而维持恒压状态。

在进行该测量时，由编码器40检测出的主轴2的位移量、即运算控制部70的速度信息检测单元71每隔固定时间t取入位置检测值。

当前，如图4所示，当将在某一时间点t_n取入的位置检测值设为L_n、将在之前的各时间点t_n-1、t_n-2、t_n-3···取入的位置检测值设为L_n-l、L_n-2、L_n-3···、将各区间的固定时间t的位移量(移动速度)设为D_n、D_n-1、D_n-2···、将加速度设为A_n、A_n-1···时，速度信息检测单元71利用下式求出主轴2的移动速度D_n和加速度A_n。

D_n＝L_n-L_n-l

A_n＝D_n-D_n-1

运算控制部70按照图5示出的流程图来进行判断处理(STl～ST4)和警告通知处理(ST5)。

首先，在判断单元72中，判断由速度信息检测单元71求出的主轴2的移动速度D_n是否为0(ST1)。在ST1中，在主轴2的移动速度D_n不是0的情况下，结束处理。在主轴2的移动速度D_n为0的情况下，在ST2中，判断加速度A_n是否为0。在ST2中，在加速度A_n为0的情况下，结束处理。在加速度A_n不是0的情况下，判断为主轴2停止。

接着，在判断为主轴2停止时，在ST3中，判断主轴2即将停止时的移动速度D_n-2是否为预先设定的阈值D_th以下、即主轴2即将停止时的移动速度D_n-2是否超过阈值D_th。在主轴2即将停止时的移动速度D_n-2为阈值D_th以下的情况下进入ST4。在主轴2即将停止时的移动速度D_n-2超过阈值D_th的情况下，进入ST5，进行警告通知处理。

另外，在ST4中，判断主轴2即将停止时的加速度A_n-1是否为预先设定的阈值A_th以下、即主轴2即将停止时的加速度A_n-1是否超过预先设定的阈值A_th。在主轴2即将停止时的加速度A_n-1为阈值A_th以下的情况下结束处理。在主轴2即将停止时的加速度A_n-1超过阈值A_th的情况下，进入ST5，进行警告通知处理。

此外，根据主轴2的螺纹轴22的螺纹间距、显示分辨率等来适当地变更各阈值D_th、A_th。

在ST5中，通过通知单元73在显示部60中显示“Error”等错误消息。

因而，测量者能够通过显示在显示部60中的错误消息来确认测量时的主轴2的移动速度为大于预先设定的阈值的高速地与被测量物抵接，因此能够再次重新测量。由此，能够降低由主轴2与被测量物抵接时的主轴2的移动速度造成的测量结果的偏差。

在本实施方式中，在速度信息检测单元71中，每隔固定时间对由编码器40检测出的主轴2的位移量进行采样，由此能够算出主轴2的移动速度和加速度。也就是说，能够利用通常设置于测量器的对主轴2的位移量进行检测的编码器40算出主轴2的移动速度和加速度。因而，即使不附加新的速度检测单元也能够构成，从而能够经济地构成。

另外，在判断单元72中，以由速度信息检测单元71检测出的移动速度为0且加速度不是0这一情况为条件判断出主轴2已停止，因此能够准确地判断主轴2停止这一情况。

另外，在主轴2即将停止时的移动速度超过预先设定的阈值时或者加速度超过预先设定的阈值时，通知单元73进行警告通知，因此能够准确地向测量者通知主轴2的移动速度、加速度超过预先设定的阈值地与被测量物抵接这一情况。

<实施方式的变形例>

此外，本发明并不限定于本实施方式，能够达到本发明的目的的范围内的变形、改进等包括在本发明中。

在上述实施方式中，设为速度信息检测单元71根据由编码器40检测出的位置检测值来算出主轴2的移动速度和加速度，但是也可以不利用编码器40。例如，也可以另外设置对主轴2的移动速度进行检测的速度检测单元。

在上述实施方式中，设为判断单元72根据主轴2的移动速度和加速度来判断主轴2是否停止，但是也可以仅根据主轴2的移动速度来判断主轴2的停止。

另外，设为判断单元72在判断出主轴2停止之后，判断主轴2即将停止时的移动速度以及主轴2即将停止时的加速度是否为预先设定的阈值以下，但是也可以仅将主轴2即将停止时的移动速度与阈值进行比较。

在上述实施方式中，在判断为主轴2即将停止时的移动速度或者主轴2即将停止时的加速度超过预先设定的阈值时，通知单元73在显示部60中显示错误消息，但是并不限定于此。

例如，设置蜂鸣器、显示灯，在判断为主轴2即将停止时的移动速度和即将停止时的加速度超过预先设定的阈值时，可以使蜂鸣器动作，另外，也可以使显示灯点亮、闪烁。

或者，也可以直接通知主轴2即将停止时的移动速度或者主轴2即将停止时的加速度是否超过预先设定的阈值的判断结果。也就是说，也可以如果主轴2即将停止时的移动速度或者主轴2即将停止时的加速度为预先设定的阈值以下，则发出该意思的通知。

在上述实施方式中，作为数字式位移测量器而例示了数字式测微仪1，但是并不限定于此。例如也可以是数字式测微头等，具备滑动自由地设置于主体10的主轴2以及对该主轴2的位移量进行检测的编码器40的结构即可。

另外，也可以不需要特别设置对主轴2施加固定以上的负载时空转的恒压机构30。

另外，编码器40并不限定于上述实施方式所例示的电磁感应式编码器。编码器40是对定子42和转子41的相对旋转量进行检测的数字式编码器即可，例如也可以是光学式、静电电容式等。

Claims

1.一种数字式位移测量器，具备：主体；主轴，其与该主体螺合，在轴向上移动；编码器，其检测该主轴的移动位移量；以及显示部，其显示由该编码器检测出的上述主轴的位移量，该数字式位移测量器的特征在于，还具备：

速度信息检测单元，其检测上述主轴的移动速度；

判断单元，其根据由该速度信息检测单元检测出的移动速度来判断上述主轴是否停止，并且以判断出上述主轴停止这一情况为条件来判断上述主轴即将停止时的移动速度是否超过预先设定的阈值；以及

通知单元，其通知该判断单元的判断结果。

2.根据权利要求1所述的数字式位移测量器，其特征在于，

上述速度信息检测单元根据由上述编码器检测出的上述主轴的位移量来求出上述主轴的移动速度。

3.根据权利要求2所述的数字式位移测量器，其特征在于，

上述速度信息检测单元根据上述主轴的移动速度来求出上述主轴即将停止时的加速度，

上述判断单元在由上述速度信息检测单元检测出的移动速度为0且上述加速度不是0时，判断为上述主轴停止。

4.根据权利要求3所述的数字式位移测量器，其特征在于，

上述通知单元在上述主轴即将停止时的移动速度超过预先设定的阈值时或者在上述主轴即将停止时的加速度超过预先设定的阈值时进行警告通知。